Dijital Bir Do�ru Ak�m G�� Kayna��

ArticleCategory: [Choose a category, do not translate this]

Hardware

AuthorImage:[Here we need a little image from you]

TranslationInfo:[Author + translation history. mailto: or http://homepage]

AboutTheAuthor:[A small biography about the author]

Guido'nun Linux'u sevme nedenlerinden biri de, Linux'un kendi donan�m�n�z� geli�tirebilmeniz i�in �ok iyi bir sistem olmas�d�r.

Abstract:[Here you write a little summary]

Bir hobi olarak en iyi elektronik aletlerden birisi de g�venilir bir Do�ru Ak�m g�� kayna��d�r. Normal bir g�� kayna�� ise en az 150 Euro.
Mikro Denetleyici tabanl� ak�ll� bir sistemle daha �ok �zelliklere sahip ve daha ucuz bir g�� kayna��na sahip olabiliriz.

Bu konulara yabanc� olanlara ilk �nce �unu okumalar�n� tavsiye ederiz: Programming the AVR microcontroller with GCC.

Bask�l� devre levhas�n�n eviniz i�in fazla karma��k buluyorsan�z endi�elenmeyin. B�t�n par�alara ve d�zg�n kaz�nm�� PCB'lere �u adresten ula�abilirsiniz: shop.tuxgraphics.org.

ArticleIllustration:[This is the title picture for your article]

ArticleBody:[The article body]

Giri�

2002'de linuxfocus.org'da Mikro Denetleyici tabanl� bir Do�ru Ak�m g�� kayna�� hakk�nda bir makale yazm��t�m (LF November2002 article251) Ald��m e-postalara bak�l�rsa �ok ilgi g�ren bir makaleydi. Fakat bu g�� kayna�� tasar�m�, devrenin biraz kama��kl��ndan dolay� ileri d�zey elektronik merakl�lar�na hitap ediyordu.

�imdi de daha kolay fakat biraz daha fazla �zelliklere sahip yeni bir tasar�m yapaca��z.

Ucuz ve standart bile�enler
Sadeece bir g�� kayna�� (i�levsel kuvvetlendiriciler (OP Amp) i�in ayr� negatif besleme gerilimine gerek yok)
G�sterge voltaj ve ak�m i�in ayn� anda ilk ve ger�ek de�erleri g�sterecek
G�� kayna��n�z� ba��ms�z olarak da kullanabileceksiniz, isterseniz bilgisayar�n�zdan da denetleyebileceksiniz.
�ok k��k fakat g��l� olacak

Daha fazla �zellik eklemek veya baz� bile�enleri kald�rmak m�mk�n olacak m�? ��in p�f noktas� Mikro Denetleyicilere i�levsel kuvvetlendiriciler (OP Amp) eklemek gibi daha �nce analog bile�enlere oturtulmu� i�levselli�e y�nelmek. Bir ba�ka deyi�le yaz�l�m ve algoritma seviyesi daha y�ksek, donan�m seviyesi daha d��k. Bu, sadece yaz�l�m�n al�nmas�yla sizin i�inizi genel anlamda sadele�tirecektir. Bu ayn� zamanda Atmega8'in yava� yava� g�c�n� kaybeden AT90S4433 Mikro Denetleyicisinden �ok daha fazlas�n� yapabildi�ini g�sterdi.

Bu makalede ayn� zamanda Atmega8 hakk�nda yeni �eyler ��reneceksiniz. Analog/Say�sal �eviriciyi kullanmay� da ��renmi� olacaks�n�z. �imdi de di�er bir �ok devreler i�in de kullan��l� olacak h�zl� bir Analog/Say�sal �evirici ekleyelim.

Bu makalede donan�m ve elekrikle ilgili konular� halledece�iz. Daha sonra yaz�l�m k�sm�n� anlatmak i�in iki makale daha olacak. Yeri gelince yaz�l�m de�i�iklikleriyle yeni �zellikler de ekliyece�iz.

Temel elektriksel tasar�m fikri

Sadece devre �emas�n� ve nas�l yap�laca��n� a��klayabilirim. Muhtemelen �al��r fakat siz nas�l �al��t��n� anlayamayacaks�n�z. Bir �ok elektronik merakl�s� bunu ��renmek isteyecektir.

shop.tuxgraphics.org sayfas�nda geli�tirme ara�lar�yla birlikte g�zel ve �cretsiz belgeler bulabilirsiniz. Belgelerde (�rn. bu makale) ara�lar�n nas�l �al��t��n� ve neden bu �ekilde tasarland��n� a��klamaya �al��aca��z. Anlada��m �eyleri yapmay� daha e�lenceli buluyorum ve zannedersem siz de b�ylesini seviyorsunuz.

En basitinden kararl� bir g�� kayna�� yapmaya ba�layal�m. 2 temel par�a gerekli : bir transist�r ve Z-diyotla olu�turulmu� referans gerilim.
simplest possible building block

Devrenin ��k�� gerilimi Uref - 0.7V . Transist�rde B ve E aras� voltaj d�� yakla��k olarak 0.7V . Girdi dalgal�, de�i�ken bile olsa Z-diyot ve diren� kararl� bir referans gerilim olu�turur. Transist�r, Z-diyot ve direncin sa�lad�� ak�mdan daha fazlas�n� tutmak ister. Bu konfigurasyonda transist�r sadece ak�m� g��lendirecektir. Direncin ve Z-diyodun sa�lad�� ak�m, ��k�� ak�m�n�n hfe ile b�l�nm�� halidir (hfe transist�r�n veri sayfas�ndan bakabilece�iniz bir say�).

Bu devreyle alakal� problemler neler?

��k��ta bir k�sa devre olursa transist�r yanacakt�r.
Sadece sabit bir ak�m sa�layacakt�r.

Bu k�s�tlamalar devrenizi kullanabilmeniz i�in olduk�a �nemli fakat bu devre elektronik olan b�t�n g�� kaynaklar�n�n temel ta��d�r.

Bu problemlerin �stesinden gelebilmeniz i�in ��k��taki ak�m� ve de�i�ken referans gerilimini d�zenleyecek zekice bir �eyler d��nmelisiniz. Hepsi bu kadar (... ve bu devreyi �ok daha karma��k yapar)

Son bir ka� on y�ld�r insanlar bu i�i i�levsel kuvvetlendiricilerle (OP Amp) yap�yorlard�. ��levsel g�stericiler temelde analog hesap makinalar� olarak toplama, ��karma, �arpma i�lemleri i�in veya mant�ksal "veya" gerilim ve ak�mlar� olarak kullan�labilir.

G�n�m�z Mikro Denetleyicileri �ok h�zl� ve bu yaz�l�m seviyesinde rahat�a halledilebiliyor. ��in g�zel taraf� bir yan etki olarak bedavadan bir ampermetre ve voltmetre elde edilmesi. Mikro Denetleyiciler i�indeki kontrol d�ng�s� gerilimi ve ak�m� bir �ekilde bilmek zorunda. Tek yapman�z gereken g�stermek. Bir mikro denetleyicinin ihtiya� duydu�u �ey ise:

Her zaman gerilim ve ak�m� �l�mek i�in bir AD(analogdan dijitale) �evirici
G�� transist�r�m�ze komutlar g�ndermek i�in bir DA(dijitalden analoga) �evirici (referans gerilimi sa�lamak i�in)

DA �eviricinin �ok h�zl� �al��mas� gerekiyor. E�er ��kt�da bir k�sa devre olursa hemen transist�r�n gerilimi d��rmemiz gerek aksi takdirde yanar. H�zl� derken milisaniyeleri kast ediyorum (en az i�levsel kuvvetlendirici kadar h�zl�).

Atmega8 yeterince h�zl� bir AD �eviriciye sahip fakat DA �evirici i�in ayn� �eyler ge�erli de�il. DA �evirici elde etmek i�in dalga boyu modulasyonu ve analog bir al�ak ge�irgen filtre kullanmak m�mk�n fakat k�sa devreden korunmay� yaz�l�m a�amas�nda yapmak �ok yava� olacakt�r. Peki nas�l h�zl� bir DA �evirici yapabiliriz?

R-2R merdiveni

Bir DA �evirici yapmak i�in pek �ok y�ntem var fakat bizim mikro denetleyicimize iyi bir aray�z sa�layacak, h�zl� ve ucuz bir �eviriciye ihtiyac�m�z var. "R-2R merdiveni" diye bilinen bir DA �evirici var. Sadece diren�lerden ve anahtarlardan olu�uyor. �ki �e�it diren� var. Biri R di�eri 2R.
r2rladder

Yukar�daki �ekil 3 bitlik bir R2R-DA �eviricisi. Kontrol mant�� anahtar� GND ve Vcc aras�nda de�i�tirmek. Dijital bir "1" anahtar� Vcc'ye ve dijital bir "s�f�r"� da GND'ye ba�lar. Bu devre ne i�e yarar? Ritmik bir �ekilde Vcc/8 voltluk bir gerilim sa�lar. Z'nin dijital say� oldu�u yerde c�k�� gerilimi Z * (Vcc/(Zmax+1)) 'dir. 3 bitlik AD �eviricisinde ise bu 0-7 'dir.

��k��tan da g�r�lece�i gibi devrenin i� direnci R'dir.

Ayr� anahtarlar kullanmak yerine R-2R merdivenini mikro denetleyicinin ��k��lar�na ba�layabiliriz. Atmega8'in bir ��k�� pini 10mA 'l�k bir ak�m sa�layabilir fakat bu ak�mda bir voltaj d�� olur. 0-5V aras� de�erlere ula�abilmek i�in ��k��taki ak�m 1mA'dan az olmal�d�r. Bir ba�ka deyi�le 5K ve 10K 'l�k diren�lerle bir R-2R merdiveni yapaca��z.

Atmega8'in AD �eviricisi 10 bitlik bir ��z�n�rl��e sahip. Bu ��z�n�rl�� tam kullanabilmek i�in 10 bitlik bir DA �eviriciye ihtiyac�m�z var. Yani ba�ka bir �ey taraf�ndan kullan�lmayan 10 ��k�� pini bulmal�y�z. Bu biraz zor g�r��nebilir ��nk� ayn� zamanda klavye, LCD g�r�nt�leyici ve I2C aray�z� de olacak fakat Atmega8 yeterince bu i� i�in uygun. �stedi�imizi bize verecektir.

Biraz daha detayl� bir tasar�m

Bu da yukar�dak� devrenin biraz daha detayland�r�lm�� hali.
detailed schematic idea

Sizi hayal k�r�kl��na u�ratmak istemem fakat maalesef bu devre hala kullanilabilir de�il. Bunun yan�nda en son devrenin anla��lmas� ad�na �ok �nemli bir devre.
Peki devredeki yanl��lar neler? Genel olarak iki tane:

DAC (DA �evirici) g�� transist�r� i�in gerekli ak�m� sa�layamaz.
Mikro denetleyici 5V'ta �al��r dolay�s�yla DAC'�n ��k�� en fazla 5V olabilir. Buradan �unu da ��karabiliriz; g�� transist�r�n�n arkas�ndaki gerilim en fazla 5-0.7=4.3V olur.

Bunu d�zeltmek i�in ak�ma ve gerilime kuvvetlendiriciler eklemeliyiz.

En son devre

Kuvvetlendiricileri eklerken b�y�k sinyallerle �al��aca��n� unutmamal�y�z. Bir �ok kuvvetlendirici tasar�m�nda (�rn. ses i�in) sinyallerin besleme geriliminden k��k oldu�u tahmin edilir. Dolay�s�yla klasik kitaplarda yer alan transist�r kuvvetlendirici tasar�m�n� unutun.

��levsel kuvvetlendiriciler (OP Amp) kullanabilirdik fakat bu bizim istemiyece�imiz ekstradan pozitif ve negatif besleme gerilimi isteyecektir.

Kuvvetlendiricinn herhangi bir ��k�� piki (peek) olmadan s�f�r besleme geriliminden kararl� bir duruma ge�mek i�in fazladan gereksinimler de var. Bir ba�ka deyi�le g�� kayna��n� a�t��n�zda herhangi bir sal�n�m veya ��k�� piki olmamal�.

O zaman ne yapmal�y�z? Asl�nda kolay bir i� de�il ve biraz tecr�be ister. Sizinle en son devreye gidelim ve gerekli hesaplamalar� yapal�m.

G�� transist�r�yle ba�l�yal�m. Veri sayfas�na g�re BD245B ak�m 3A iken hfe 20 oluyor. Dolay�s�yla temelde 150mA'l�k bir ak�m olacak. Ak�m� kuvvetlendirmek (ak�m� devreye gerekli olacak seviyeye indirgemek i�in) i�in "Darlington transist�r�" diye bir konfigurasyon kullanaca��z. Bunun i�in �n tarafa 50-100 aras� hfe de�erine sahip bir BD137 koyaca��z. Bu da ak�m� istendi�i gibi 3mA'n�n alt�na d��recek (150mA / 50). 3mA BC547/BC557 gibi k��k sinyal transist�rleriyle y�netilebilir. Bunlar ayn� zamanda bir gerilim kuvvetlendiricisi i�in de �ok ideal.
amplifiers

30V'luk bir ��k�� i�in en az 5V'un DAC ile 6 kat y�kseltilmesi laz�m. Bunun i�in a�a��da g�r�ld�� gibi PNP ve NPN transist�rlerini birbirine ba�lamal�y�z. Gerilim kuvvetlendirici �arpan� :


Vampl= (R10 + R11)/R11

G�� kayna��n�n 2 versiyonu var: Maksimum 30V ve maksimum 22V ��k��. 1K ve 5.6K'n�n bir kombinasyonu 30V i�in iyi bir �arpan olan 6.6'y� verir. 22V i�in 1K ve 4.7K'y� kullanaca��z.

BC547'nin temelinde g�r�ld�� gibi devrenin i� direnci :


Rin=hfe1 * S1 * R11 * R9 = 100 * 50 * 1K * 47K = 235 MOhm



- hfe 100 ve 200 aras� (BC547 transist�r� i�in)

-S bir transist�r�n kuvvetlenme e�risinin e�imi ve de�eri

 yakla��k 50 [birim=1/Ohm]

Bu da i� direnci 5K olan bir DAC ile ba�lant� i�in yeterince y�ksek bir de�er.

��teki e�de�er ��k�� direnci ise :


Rout= (R10 + R11) / (S1 + S2 * R9 * R11) = yakla��k 2 Ohm

BD137 i�in yeterince d��k bir de�er.

R9 BC557'nin temelini yay�c�ya (emit�r) ba�lar, bu da s�ra DAC ve BC547'ye gelene kadar transist�r�n kapal� oldu�u manas�na gelir. R11 ve R10 BD137'nin temelini ba�larken Darlington durumunu kapatacak topra�a ba�lar.
Bir ba�ka deyi�le y�kseltme a�amas�nda her bile�en ba�lang��ta kapal� durumda. Yani g�c� a�t��m�zda bu transist�rlerden ne sal�n�m ne de ��k�� pikleri alamay�z.

�imdi devrenin tasar�m�n�n nas�l yap�laca��n� g�rm�� oldunuz. devreyi kararl� hale getirmek i�in biraz koruma diyotlar� ve kapasit�rler ekledik mi i�lem tamamd�r.

Devrenin en son halinin b�y�k boyutu: [PNG] [PDF]
K��eli parantezlerin aras�ndaki de�erler 30V versiyonu i�in.
Devre �emas� ve plan� (pcb format�nda) tar.gz format�nda makalenin sonunda bulabilirsiniz.

Limitler

Bir �ok okuyucunun devreyi biraz de�i�tirmek isteyece�ini daha �nceki tecr�belerimden dolay� biliyorum. ��te baz� donan�mlar�n limitleri ve �stesinden nas�l gelinilebilece�ine dair k��k bir liste :


78L05: maksimum giri� voltaj� 30V, ZD8.2 bu limiti

       38V'a kadar geni�letebiliyor. Farkl� bir Z-diyot kullanarak biraz daha

       geni�letebilirsiniz. 45V'u ge�menizi tavsiye etmem.

       Maksimum ��k�� gerilimi giri� geriliminden en az 2V d���k 

       olmal�.



BD245B: 10A 80W, fakat 80W 25'C olmal�

	Yani bir g�venlik pay� d���n�rseniz 60W'� kullan�n

	(Maksimum ��k�� gerilimi * Maksimum ak�m) < 60W



	Bir tane daha BD245B kullanarak 120W'a ��kabilirsiniz. 

	Ak�m�n e�it da��l�m� i�in her BD245B'nin

	yay�c� (emit�r) hatt�na 0.22 Ohm diren� ekleyin. 

	Ayn� devre ve devre kart� kullan�labilir. Transist�rleri

	uygun bir al�minyum so�utucunun �st�ne yerle�tirin ve devre

	kart�na k�sa tellerle ba�lay�n.


Ak�m �l��m ��nt�:

	Bu 6W'l�k 0.5 veya 0.55 Ohm diren�tir. Bu 3A'lik bir ak�m 

	i�in yeterli (Iout^2 * 0.55 <= 6W). Daha �ok watt'l�

	daha y�ksek ak�mlar i�in bir diren� kullanabilirsiniz.

G�� Kaynaklar�

Bir transformat�r, d�zeltici ve b�y�k kapasit�rler veya 32/24V 'luk bir laptop g�� kayna�� kullanabilirsiniz. Ben ikincisini se�tim. Bu laptop g�� kaynaklar� par�alar� bazen �ok ucuza bulunabiliyor ve baz�lar� 24V'ta hatta 32V'ta 70W sa�layabiliyor (DC).

Bir �ok ki�i kolay bulabildi�i i�in bir transformat�r almay� tercih ediyor.


22V 2.5A versiyonu: 18V 2.5A'l�k bir transformat�r, bir d�zenleyici ve 

                    3000uF'lik bir kapasit�r laz�m. (gerek�e: 18 * 1.4 = 25V,

                                            	     amper ba��na en az 1000uF)



30V 2A version:     24V 2A'l�k bir transformat�r, bir d�zenleyici ve

                    2200uF'l�k bir kapasit�r laz�m. (gerek�e: 24 * 1.4 = 33.6V, 

						     amper ba��na en az 1000uF)



Daha fazla amper sa�layan bir transformat�r alman�n da bir sak�ncas� yok.

Devrenin yal�t�m�n�n do�rulu�unu denetleyin. Kutunun i�i a��kken dahi 110V/230V'luk herhangi bir par�as�na dokunulamaz hale getirin. �asenin b�t�n metal par�alar�n� topra�a ba�lay�n (devrenin GND'lerine de�il).

Test A�amas�

B�t�n lehimleme i�lemlerinden sonra mikro denetleyicileri soketlere ba�lamadan bir ka� temel test yapal�m:

Test1: Devrenin g�� giri�ine bir g�� kayna�� (en az 15V) ba�lay�n ve gerilim d�zenleyiciden 5V DC alabildi�inizi denetleyin.

Test2: ��k�� gerilimini �l��n. 0V olmal�.

Test3: 7. ve 26. pinleri bir kabloyla mikro denetleyiciye ba�lay�n (sokette mikro denetleyici yok). DC giri�inde kullan�lan volttan daha az bir miktar voltu ��k��tan elde edebilmelisiniz. Kabloyu kald�r�n ve ��kt� s�f�ra geri gelmeli. ��k��ta herhangi bir k�sa devre olmad��ndan emin olun.

Mikro denetleyiciyi devreye sok ve LCD test yaz�l�m�n� digitaldcpower tar.gz paketinin i�indeki komutlarla kullan.


make lcdtest

make lcdtestload

"ok works" yaz�s�n� g�rebilmeniz laz�m.

�imdi de en son yaz�l�m� a�a��da anlat�ld�� gibi y�klemelisiniz.

Yaz�l�m

Merakl�lar i�in her .c dosyas�n�n yeterince uzun bir a��klamas�n� digitaldcpower tar.gz paketinin i�indeki README dosyas�n�n i�ine ekledim. Bol miktarda yorum da bulacaks�n�z. Olmazsa sadece yaz�l�m k�sm�n� anlatan ba�ka makaleler de yazmay� planl�yorum. Bu makale yeterince uzun ve �nce donan�m� halletmeniz laz�m.

Gelecek makalelerde yava� yava� yeni �zellikler de ekleyece�im:

Ayarlar� depolayabileceksiniz (voltaj ve ak�m limiti) b�ylece g�� kayna�� bir sonraki a��l��nda ayn� ayarlarla a��lacakt�r.
G�� kayna��n�z� rs232 ba�lay�c�s�yla linux bilgisayar�n�zdan denetleyebileceksiniz.

Yaz�l�m� nas�l y�kleyece�inizi ve nas�l kullanaca��n�z� bilmek isteyeceksiniz.
digitaldcpower tar.gz paketini a��n "cd" komutu ile dizine girin.
hardware_settings.h dosyas�n� donan�m bilgisine g�re d�zenleyin. Burada voltmetre ve apmermetrenin ayarlar�n� da yapabilirsiniz. Dosyada yeterince yorum bulacaks�n�z.


gedit hardware_settings.h

Programc� kabloyu ba�lay�n ve devreye g�� verin. Sonra da �unu yap�n:


make wrfuse4mhz


Bu mikro denetleyicinin frekans�n� 4MHz'ye getirecektir. Yaz�l�m 

bu frekans i�in tasarland�.


make 


Bu yaz�l�m� derleyecek.



make load


Bu da yaz�l�m� y�kleyecek.

Bir ka� resim ve fikir

Yapm�� oldu�um g�� kayna��ndan bir ka� resim. �zellikle donan�m ve mekanik b�l�mlerde resimler uzun a��klamalardan daha �ok i�e yar�yor.

ddcp1

Basit bir �ey olabilir ama al�minyum ka��t ve iki tahtayla profesyonel bir g�r�n�m elde edebilirsiniz.

ddcp2

Sadece al�minyumu iki defa katlay�n. Profesyonel aletler olmadan da rahatl�kla yap�labilir.

pcbs

�ki bask�l� devre tahtas�. K��k olan klavye i�in.

ddcp3

D��meleri lehimlemeden �nce kutunun �st�nde yerlerini i�aretleyin. Bu do�ru yerlerden delmenizi kolayla�t�racakt�r.

ddcp4

K��k, �zelli�i �ok ve g��l� bir devre.

ddcp4

G�� kayna��n�n en son hali.

Tad�n� ��kar�n ... d��nd��n�zden �ok daha fazlas�n� yapabilecek bir donan�m.

Referanslar/Dosya indirme

Download page bu makale i�in (g�ncellemeler ve d�zeltmeleri burada bulabilirsiniz).
gcc ile atmega8 nas�l programlan�r : November2004 article 352
Atmega8 i�in Datasheet: http://www.atmel.com/ buraya gidin: products->Microcontrollers ->AVR-8 bit RISC->Documentation->datasheets
(local copy, pdf, 2479982 bytes)
Tuxgraphics electronics section, bu serideki t�m yaz�lar.
Tuxgraphics online shop, microcontroller section, buradan t�m par�alar� sipari� edebilirsiniz (transistors, passive components, LCD display, PCB, microcontroller, ...)